对杜家山千枚岩公路隧道施工经验的深思
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摘要： 结合广甘高速千枚岩隧道的施工经验，认为在设计与施工过程中要充分利用地勘资料；认为“新奥法”并不是隧道唯一的施工方法，要根据围岩的特性分别采用相适应的施工方法。
Abstract： Based on the construction experience of Guanggan Expressway phyllite tunnel， it is believed that geological exploration data should be made full use of in the process of design and construction and the "new Austrian tunneling method" is not the only method for tunnel construction. Appropriate construction methods should be taken according to the characteristics of surrounding rock.
关键词： 千枚岩；断层；施工方法
Key words： phyllite；fault；construction method
中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0124-02
1 杜家山公路隧道工程施工经验
1.1 杜家山公路隧道工程概况 杜家山隧道位于广元市青川县境内，进口位于青川县木鱼镇文武村八组柳树沟左侧；出口位于青川县骑马乡新明村三组王石沟右侧。设计为双向分离式越岭隧道，全长1846m，最大埋深约196m。
隧道位于F4（活动断裂）下盘，岩体主要为绢云母千枚岩。工程区内发育三条FS8、Fd1、Fd2次级断层，均为逆冲断层。其中FS8断层破碎带宽约400～450m，产状192°∠72°；Fd1断层产状约340～350°∠60～70°，断裂带宽度约1.80～2.0m，主要表现为糜棱岩化带；Fd2位于隧道洞身段，与隧道交角约79°，其产状约350°∠75～81°，破碎带宽约200～220m。
隧道按降水入渗法计算单洞正常涌水量QS=402.7m3/d，最大涌水量Q0=644.3m3/d；按地下水动力学法单洞正常涌水量QS=312.1m3/d，最大涌水量Q0=1179.9m3/d。
1.2 杜家山公路隧道施工设计与经验 杜家山公路隧道基本按“新奥法”设计与组织施工，以穿越最破碎的Fd2断层段施工为例。该段岩体为绢云千枚岩，呈破碎及散体状结构，且该段穿越山间槽谷地形，地下水补给条件好，设计开挖过程为先筑砼止浆墙，再分段注浆，以后每个注浆段完工后留5米不开挖作为下一注浆段的止浆盘；采用双层小导管超前加固；采用加强型衬砌类型。图1为注浆加固布设图。其它施工情况（略）。
实际上，在强度低、变形大、遇水易软化的千枚岩软岩地层，施工难度极大（略），以该岩性为主的杜家山隧道施工月均进尺仅20余米。工程验收前隧道共发现6处明显渗漏水，6处明显漏水段大部分处于Fd2断层破碎带。
该断面附近的初期支护出现2次大变形及坍塌灾害，坍腔高约8m，灾害部位位于拱腰至边墙。
隧道的K15+432断面二衬首先在边墙至拱腰部出现多处微小裂纹，裂纹长0.5～1m不等，宽0.5mm～1.5mm不等，后在隧道拱肩至拱顶处突然发生混凝土剥落，有纵向连接筋外露。
杜家山隧道二次衬砌还曾在环向突然（10分钟内）发生开裂和混凝土剥落，有纵向连接筋外露，并被挤压外凸变形。表现为张性开裂，经多次组织各方专家开评审会，认为二衬开裂处突然的动荷载可能来自原坍方地段在汶川地震余震多次作用和地下水软化作用后的再次坍塌。（图2）
1.3 其它隧道工程的施工经验 余朝阳总结四川阿坝色尔古电站千枚岩大断面引水隧洞施工方法的经验有：原设计人工钻爆，分3个上下台阶，左右错进开挖。初支后，喷射混凝土完全破坏，拱架拧成了“麻花”状，并且折成数节。对于支护措施的反复经验总结，大体经历4个阶段，即原设计阶段、加大型钢号阶段、加大型钢号并加密型钢间距阶段、双拼型钢+WTD长锚杆阶段，分述如下：
第1阶段：临时支护主要采取系统锚杆+网喷结构，采用I14型钢@0.8m+系统锚杆+网喷结构，钢筋网片均为单层20cm×20cm。在临时支护后一周，喷射混凝土大面积开裂，钢架直接破坏，监控量测围岩收敛速率达到30mm/d，设计支护形式失败。
第2阶段：变更设计方案。采用型钢支撑，系统锚杆与原设计方案不变。采取I18型钢@0.8m，超前支护采取？准22锚杆；？准42超前小导管。实施后，一周内拱架应力明显增加，至两周后，拱架开始变形，一月后，拱架扭曲，喷射混凝土破坏，支护措施失败。
第3阶段：确定按第2阶段参数，在之前支护的基础上加密间距，将型钢榀间距调整为0.6m和0.5m。施工后，一月内累计变形均超过30cm，三个月后，累计变形达到100cm，局部超过130cm，仍然失败。
第4阶段：邀请国内隧道专家会勘。确定最终的临时支护方案为：①实施长度大于6m的自进式中空锚杆；②通过中空锚杆注水泥净浆锚固，并对围岩实施固结；③采用双榀双榀I20b拼焊钢架支护，依然实施单层小导管超前支护，并实施拟？准5钢筋纵向连接成整体。拱架双拼后按纵向间距0.6m和0.5m布置。实施后，围岩变形得到有效控制。但实际施工中，由于炭质千枚岩容易坍孔，超过6m钻进时，卡钻频繁，只有约有30%边墙锚杆钻进了6m深度。
2 对千枚岩公路隧道施工经验的深思
2.1 没有充分利用地勘资料 例如已知隧道与Fd2断层相交，Fd2断层是逆冲断层，属于挤压破碎型，断层裂隙受挤压破碎的物质对隧道的开挖与支护影响极大，尤其是Fd2断层，宽度有几百米，相对于小裂隙断层内的充填物，其在开挖面因重力向下运动的过程中，两侧断层岩壁对其的剪切力约束小，则更易落。象这些分析，设计时应考虑是否还适用于“新奥法”施工。
根据产状分析，Fd1断层与隧道斜交，倾角为60～70°。假设重力为围岩的大主应力方向，则根据文献[1]可知，其定位角为30～20°。又知定位角为90°时岩石抗压强度最大，定位角为30°时岩石的抗压强度最小。则表明杜家山隧道千枚岩因构造作用处于强度最小状态，又因为断层走向与隧道纵向斜交，则强度不利的状态即对拱顶受力产生影响，也对边墙受力产生影响。
相应的，Fd2 断层与隧道几乎正交，计算得知其定位角为15-19°。也处于强度最不利的受力状态，但因断层走向与隧道近乎正交，则主要影响拱顶的受力。
若充分利用地勘资料，就会有针对性的采用不同的设计、施工或预防措施。这应该是目前国内隧道设计与施的通病。总之，根据广甘高速数个千枚岩隧道施工的经验，认识到：①千枚岩石是一种结构性很强的岩石，隧道设计与施工中要考虑千枚岩石、岩体构造与隧道布设的关系。若岩层倾角为60°左右。则定位角为30°左右，这时对隧道结构受力最不利；若岩体的走向与隧道纵向正交，则对隧道拱顶的受力最不利；若岩体的走向与隧道纵向平行，则对隧道单侧边墙受力最不利；若岩体的走向与隧道斜交，则对隧道的拱顶和单侧边墙受力最不利。一般情况下逆断层较正断层对隧道开挖施工更为不利。②对双洞隧道，还要考虑采用抗偏压的措施，先开挖埋深较深一侧时，中隔墙受力和倾斜较小，左、右洞施工间距应达到2-3倍的洞径以上，才能在施工过程中不互相影响，更有利于隧道的整体结构稳定。解决隧道进口偏压问题可在隧道山体坡脚一侧进行反压回填，在隧道进口洞门左右两侧设置抗滑挡墙，洞门墙也按抗滑挡墙设计。要做好隧道地表的防排水处理，重点放在山体裂缝和断裂带附近。
2.2 对施工方法的深思 隧道的施工方法应与围岩的性质有关，例如深理在十分破碎岩体中的隧道，可考虑按蹋落拱围岩压力的矿山法支护施工；浅埋在松散岩体中的隧道，可考虑强支护或盾构施工法；对设置在软弱泥土中的隧道，可考虑盾构法或排水、预加固、法施工；对在高含水的砂层中设置的隧道，尽量配合用冷冻法或水玻璃预加固法施工；对于膨涨岩体中的隧道，可能只有采用强支护法施工；对于设置在稳定岩体中的隧道，可采用“新奥法”施工。
“新奥法”施工的先决条件是围岩必须具有自持、自稳能力，若具有，才可遵循少扰动、短进尺、强支护、快封闭、勤量测的施工原则。若不具有，人工“创造”条件，例如预注浆，人工“倒贴”条件，例如采用管棚和钢拱架甚至是止浆墙，就不一定合适，主要是经济上划不来。因此建议：不同的围岩条件，应有不同的隧道施工方法。设计上应重视，施工上也应重视。
参考文献：
[1]郑达，巨能攀.某水电站坝址千枚岩的岩石强度各向异性特征[J].成都理工大学学报（自然学版），2011，38（4）.
[2]余朝阳.炭质千枚岩大变形地层中大断面引水隧洞支护方法[J].施工技术，2011年6月.
[3]广甘高速勘察设计报告.四川公路规划勘察设计研究院.2012.12.
[4]广甘路设计工作报告.四川公路规划勘察设计院.广甘高速公司.2012年11月.
[5]广甘高速公路项目建设执行报告.广甘高速公司.2012年11月.
[6]中铁十四局集团广甘高度公路G7标段施工总结报告[R].2012.
[7]杜家山隧道进口右线K15+119及K15+432二衬开裂附近监测数据分析报告[R].西南交通大学广甘高速隧道监测项目组.2012年6月.
[8]党红章.鹧鸪山隧道炭质千枚岩地段施工方案浅析[J].山西建筑，2011年4月.